这是我们称之为制造大师系列文章的第八篇年度文章。在这些文章中，我们向制造技术领域的一位杰出人物致敬，并希望通过这样做来提醒读者，在制造领域取得巨大成就的职业仍然是可能的。
Herbert B. Voelcker十几岁时自称为“河鼠”多年来，赫伯特·B·沃尔克 (Herbert B. Voelcker) 在布法罗以北的纽约州托纳旺达 (Tonawanda) 小镇长大，他从小就喜欢上了水、船和蒸汽机。他早期对事物运作方式的迷恋最终促使他在麻省理工学院（马萨诸塞州剑桥市）学习机械工程，后来开始了多样化的技术职业生涯，他对 3-D 实体建模的数学基础的研究突出了这一点.沃尔克的研究rch 团队首先在罗切斯特大学（纽约州罗切斯特），后来在康奈尔大学（纽约州伊萨卡）建立了描述 3-D 零件的数学基础。它是全球从事早期实体模型研究的五个研究团队之一，他的团队为成为当今 CAD/CAM 设计工具中使用的实体建模的基础做出了重大贡献。
毕业于1951 年在麻省理工学院，在朝鲜战争期间，沃尔克加入了美国陆军，最初在陆军空降部队服役。军队将 Voelcker 送往研究生院，在那里他获得了电气工程硕士学位。服役七年后，他以上尉军衔离开军队，并在学术界度过了接下来的五年。他广泛的职业生涯包括 1950 年代无线电传播、听觉感知和带宽压缩方面的研究； 1960 年代的调制理论和数字信号处理； 70 年代的计算机科学/实体建模；机器吨1980 年代的工具和 NC 编程； 1990 年代的并行计算、尺寸公差和机械设计。他目前的重点是机械设计和制造中的变化控制。
如今，Herbert B. Voelcker 是康奈尔大学 Sibley 机械与航空航天工程学院的 Charles Lake 机械工程名誉教授。现年 79 岁的 Voelcker 教授在康奈尔大学教授工程学已有 22 年，虽然现在基本上已经退休，但仍继续在该大学教授偶尔的工程学课程。在 Manufacturing Engineering 的独家专访中，Voelcker 讨论了他在制造研究方面的生活和工作。
Manufacturing Engineering：是什么激发了您对工程的兴趣？
Herbert Voelcker：我在 Tonawanda 长大，值得注意的是因为它位于伊利运河的终点站。我的爱尔兰祖父在那里经营一家船舶杂货店，我的德国祖父经营一家啤酒厂。两人都在我出生前就死了。 c为五大湖配备了把手的船只，我母亲有三艘以她的名字命名的船只。我的成长环境相对舒适，从小就开始用林肯原木和安装工具组装东西。到我 11 或 12 岁的时候，我就开始自己制造火药和小炮了。那时孩子们做了危险的事情。我投了很多铅兵，我的腿上仍然有铅灼伤，因为钢包翻倒了。
我：很早以前，你修补过各种各样的东西，比如蒸汽机和建筑帆船？
Voelcker：是的，我喜欢蒸汽机。我父亲教我如何造帆船。大约 10 年前，我建造了第四艘船。我在十几岁的时候被称为“河鼠”。我们在尼亚加拉河一段危险的河段逗留，它位于尼亚加拉瀑布上方约 5 英里处，水流湍急。我们用我们在那里建造的船航行，由于水流，我们需要快船。建筑和划船的结合导致了早期去海军的愿望学院，但我无法通过视力测试。
20 世纪 80 年代初，Herbert Voelcker 教授学习了 CNC 技术，因为他的研究团队启动了多个自动化工程项目，包括开发旨在建立机床。ME：你一直想成为一名工程师吗？
Voelcker：不一定是工程师，但我从未有意识地思考过，我知道我会参与技术，在一个
我：在麻省理工学院读书是什么感觉？
Voelcker：好吧，用现在的行话来说，我学会了如何“玩弄系统” '——如何高效地完成家庭作业，如何通过测验等等。我以非常高的成绩毕业于麻省理工学院，但与麻省理工学院的关系几乎是敌对的——exce改善生存。我通过将多余的精力倾注到轻量级船员身上来保持理智——我为校队划桨——并担任步枪队的队长。晚年当兵时，我在1956年奥运会上打过大威力步枪。
我以浓烈的色彩从麻省理工学院毕业，但在1951年毕业那天，我卖掉了所有的书，因为我决定我没有受过良好的教育，不想做工程。我有两个选择：去哈佛商学院，我被录取的地方，或者去军队。我得到了正规军的委任，而且战争还在继续，所以我选择了陆军。这是一个很好的决定。我在军队服役七年，辞去上尉职务。最初几年，我在一个空降步兵部队担任信号官。陆军随后决定我应该成为一名电气工程师，并将我送到麻省理工学院的研究生院学习电气工程。这很难，因为我没有背景，但我有耳我获得了电子工程硕士学位，并在新泽西州蒙茅斯堡的信号兵研发实验室度过了我在陆军的最后几年。我和一群非常优秀的军事和公务员工程师一起工作，他们教了我很多基础工程知识。那时我决定我真的很想做工程，可能是工程研究，我不能留在陆军，因为陆军认为职业军官应该是通才，而不是专家。
ME：您的下一步行动是什么？
Voelcker：1958 年，我获得了 Fulbright 奖学金，前往英国跟随帝国理工学院电气工程教授 Colin Cherry 学习。去年我在帝国理工学院担任电气工程讲师，我在那里的第一项研究是关于人类对言语的感知。之后，我从事了大约 10 年的调制理论研究。这就是你传输无线电波和电视信号的方式，你如何将信息放在载波上——幅度调制、频率调制、相位调制、脉冲编码调制。我因这项工作而获奖，并获得了与信号处理相关的专利。
福特汽车公司使用罗切斯特大学开发的 PADL-2 实体建模器对发动机零件进行建模。ME：您是如何参与实体建模的？
Voelcker：到 1966 年，我已经决定数字计算机不会消失，我只是必须了解它们。我避免了。人们倾向于避免那些可怕的、新的、强大的、需要大量概念化的东西，所以我决定直面它。我有一年的学术休假时间，然后我回到了帝国理工学院，在那一年里编程和学习数字信号处理。但是到了 1971 年左右，我对数字信号处理感到厌倦，因为我认为主要问题已经解决了，我开始寻找一些东西做新事。那时我 41 岁，我想做一些重要的事情。因此，我花了大约一年的时间研究我所了解的部分技术。在 1970-1972 年间，我曾对计算机科学感兴趣，但后来退却去寻找更坚韧的东西。这让我想到了计算与机械工程和自动化之间的接口，这才刚刚开始被认为很重要。
ME：你最终进入了自动化工程领域？
Voelcker：是的，然后问题是，嗯，那是什么意思？一种解释：您应该能够从一个概念、一个设计概念转变为某种成品或产品或零件。你是怎样做的？好吧，您需要自动引导机床的方法，并拥有足够智能的程序来确定机床应该做什么以实现某些概念。虽然当时人们开始谈论这些想法，但没有人知道如何将数学或物理实体置于其后。他们只是不切实际的想法。所以我们简单地说，“让我们开始吧。让我们尝试编写一些软件来驱动机床并制造东西！”这让我们开始研究当时的数控技术。
我：描述一下如何实体建模研究应运而生。
Voelcker：在 1972 年变得很清楚，除非我们能够在计算机中明确地描述机械零件和组件，否则我们无法实现任何自动化。我们知道，但数量惊人的在职工程师并不知道，图纸和“线框”CAD 并不明确。所以我们把所有的精力都集中在后来被称为实体建模的东西上。当时大约有五个小组从同一个起点开始工作，但都在 70 年代后期得出了不同的答案，这很有趣。这些小组是我们在罗彻斯特的小组，查尔斯朗在英国剑桥大学的小组，日本北海道的小组，柏林工业大学的另一个小组，以及桑迪的第五个小组一个实验室。 Rochester 和 Cambridge 小组生产了可行的、“革命性”的系统——分别是 PADL-1 和 Build-1——它们在内部非常不同并且不兼容。其他小组做了有用的事情，但逐渐被淘汰了。公平地说，罗切斯特小组为该领域奠定了科学基础。剑桥小组更加临时，专注于非常聪明的算法。剑桥的工作在大约五年内实现了商业化，现在它是世界上主要工业 CAD/CAM/CAE 系统之一的基础。
ME：有哪些技术困难？就计算需求而言是巨大的？
Voelcker：啊，计算强度！实体建模使用非常大的计算机资源，因此早期的系统往往速度很慢，或者无法处理实际大小的问题。试图将整个发动机组件塞进 1985 年份的实体模型基本上是不可能的。
ME：实体建模出现后发生了什么？
Voelcker：实体建模的衍生产品非常有趣。大约在 1976 年，我们知道我们已经基本解决了这个问题，我们有了一个演示系统，叫做 PADL-1。 PADL 表示零件装配描述语言。这是一个小玩具系统，但它是一个漂亮的玩具！它总是正确地工作。您可以在大约 20 分钟内学会使用它；它是一个命令驱动的系统，可以显示和计算简单零件的质量特性。它没有像驱动 NC 程序那样做任何事情。它只是一个描述符，但它最终证明了该程序知道关于某个部分的一切，并且原则上可以计算关于该部分的任何可计算的东西。不幸的是，PADL-1 不够华丽，无法吸引商业开发人员，因此我们决定启动一个更大的行业协作项目，称为 PADL-2。
对于 PADL-2，我们吸引了 10 个赞助商，包括福特、波音、桑迪亚和 CAE 供应商。整个想法是让强大的用户，如福特和波音，以及有能力的供应商在同一个软件体上一起工作，也许事情会成功。这似乎成功了，因为赞助商 Unigraphics 确实采用、改进了该系统并将其商业化为 Unisolids。通用汽车公司在名为 GM Solid 的系统中使用了他们从 PADL-1 获得的算法，该系统在大约四年时间里一直是主要设计系统。总的来说，运行了两年的 PADL-2 项目对我们来说是一个很大的压力，因为我们将大量的人力从研究重新部署到软件开发上。但它确实起到了作用——它将原则和算法推向了世界。
ME：很少有潜在用户采用该系统？
Voelcker：GM 使用了这些原则，他们当然使用了算法。福特、桑迪亚和至少十几家其他公司进行了一些严肃的实验；他们使用了多少 PADL 代码，我们永远不知道。但真正的突破是让 Unigraphics 的人去开发开发和商业化该系统。大约四年后，他们放弃了 PADL-2 核心，但它让他们进入了市场，并确立了他们作为可靠建模者的地位。其他供应商，最著名的是 Autodesk，在 1980 年代后期将 PADL-2 核心用于商业用途。 PADL-2 原则，例如 CSG ['constructive solid geometry'] 分类算法，如今在研究界得到广泛应用。
ME：您什么时候开始从事自动化工程的？
Voelcker：1982 年，我们终于有了足够强大的零件建模器，可以让我们回到最初的目标——自动化制造，特别是 NC。因此，下一个任务是学习现代 CNC 技术并建立 CNC 实验室。我已经离开机床 30 年了，还有很多东西要学：买什么机器和什么工具，等等。我必须说服大学提供新的地下室空间，铺上合适的混凝土地板，等等。 NC语言标准d 涵盖 M 代码和 G 代码的 RS-274 成为我们的圣经，但我们发现 NC 技术相当混乱，因为它在计算机之前就已经发展起来了。如果 NC 的开发被推迟 10 年，它就会受益于编程语言的早期思想，这将使学习和使用 NC 变得更加容易。当我们拥有设施和一些基本的加工经验时，我们专注于两个相关的问题：自动 NC 程序验证和单元操作级别的自动编程，MPL 项目。ME：您开发了加工过程/编程语言[MPL]。这与 Doug Ross 开发的自动编程工具 [APT] 语言有何相似之处？
Voelcker：它们非常不同。 APT 旨在解决驱动 NC 机床制造所谓雕刻表面（飞机翼梁、涡轮叶片等）的难题。你在五轴铣床上装上一把刀具，你可能会加工几天来生产这些产品相关部分。 MPL 要做一些完全不同的事情。它是在多设置加工操作中工作，以制造典型的“棱柱形”机械零件——不是像涡轮叶片这样的花哨零件——而是你必须在多个设置中进行一些钻孔、铰孔和 2½ 轴铣削的零件。 MPL 允许您定义设置，例如夹紧操作和单元操作——粗加工型腔、勾勒轮廓——并完成所有低级别的 scutwork，例如刀具路径规划。
我：告诉我关于您目前关注的是几何尺寸和公差 [GD&T] 问题。
Voelcker：我对变化控制很感兴趣，它对所有事情都很重要。在机械设计中，通过几何公差来控制尺寸变化，这是一项不整洁的技术。几何公差是在第二次世界大战中发明的，经过很长时间才被接受。最新版美标ANSI Y14.5M-2009，晚了五年，它仍然包含一些空白和不一致之处。问题在于 GD&T 缺乏严密的数学基础：它是从车间发展起来的。主要想法肯定是正确的，因为东西是建立起来的并且可以组合在一起，但是培训人们使用它是很困难的。如果你去问制造业的某个人“你觉得 GD&T 怎么样？”你可能会听到很多。像我这样的人面临的挑战是找到 GD&T 相当特别的原则背后的数学原则！
ME：您对美国制造业的未来有何看法？
Voelcker：我相信这个国家的制造业将无限期存在：制造业就业将继续下降，但产值将增加，因为产品将越来越高度工程化。这里与农业有相似之处。但让我们退后一步，问一个更深层次的问题。几千年来，人们用工匠的方法制造东西：make pa一个一个地复制，然后“归档并安装”零件以组装产品——一次一个副本。 200 年前，我们经历了两次革命：机械化和可互换性，而可互换性是与过去工匠的深刻决裂。但是否还有其他更好的经商方式？用“合规性”代替可互换性如何——组件中的零件是同时制造的，并且只需要在该组件内协同工作的概念？这就是我们的身体。接头、链接、管道的组件是如何制造的，这就是组件在一些新的快速原型制作 ['分层'] 制造过程中的制造方式。
本文首次发表于 7 月制造工程杂志2009年版。
